脂質(zhì)過氧化與脂肪肝

 

 

浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第一醫(yī)院消化內(nèi)科 厲有名

　　脂肪肝是肝臟對(duì)各種代謝異常改變產(chǎn)生應(yīng)激反應(yīng)引起的肝臟脂肪浸潤。脂類在肝內(nèi)蓄積超過肝濕重的5％或在組織學(xué)上50％以上的肝實(shí)質(zhì)脂肪化時(shí),均可稱為脂肪肝。酒精中毒、肥胖、糖尿病和高脂血癥是脂肪肝的常見原因;另外,小腸分流術(shù)后、短期內(nèi)體重驟減、完全胃腸外營養(yǎng)、接觸工業(yè)毒物、銅中毒、胰島素抵抗及營養(yǎng)不良等引起的代謝異常也不少見。脂肪肝的發(fā)病機(jī)理至今尚未完全明確,主要與脂肪代謝障礙有關(guān)。目前研究認(rèn)為氧應(yīng)激和脂質(zhì)過氧化是各種原因引起的脂肪肝形成的共同機(jī)制。

　　一、氧應(yīng)激與脂質(zhì)過氧化

　　活性氧(reactive oxygen species, ROS)是指還原氧化產(chǎn)生的、并在分子組成上含有氧的一類化學(xué)性質(zhì)非常活潑的物質(zhì)總稱,包括自由基和過氧化氫(H₂O₂)。自由基是外層軌道上有單個(gè)不配對(duì)價(jià)電子的原子、原子團(tuán)和分子的總稱,在生理和病理情況下,體內(nèi)有多種自由基產(chǎn)生,其中最重要的是由氧誘發(fā)產(chǎn)生的自由基,即氧自由基。它包括超氧陰離子(O₂^-)、羥自由基(OH·)、單線態(tài)氧(O₂^-)、一氧化氮(NO, 為氣體自由基)、過氧亞硝酸陰離子(OONO^-)及由氧自由基和多聚不飽和脂肪酸作用生成的脂性自由基,如烷自由基(R·)、烷氧基(RO·)、烷過氧基(ROO·)等。H₂O₂是一種氧化作用很強(qiáng)的活性氧。

　　氧應(yīng)激狀態(tài)是指ROS的產(chǎn)生超過抗氧化系統(tǒng)的清除能力或去毒能力,即氧化物和抗氧化物之間的動(dòng)態(tài)平衡失調(diào)。在正常狀態(tài)下,氧接受4個(gè)電子還原成水,正常呼吸狀態(tài)下也可發(fā)生電子傳導(dǎo)過程中部分電子漏溢而產(chǎn)生超氧陰離子O₂^-。肝細(xì)胞存在超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化氫酶等酶類抗氧化系統(tǒng)和還原型谷胱甘肽(GSH)及生育酚等非酶類抗氧化物質(zhì),可以抵御活性氧所致的細(xì)胞損害,因此輕度ROS增加不足于造成DNA和肝細(xì)胞損害,這與正常防御機(jī)制能與之抗衡,未能足夠啟動(dòng)脂質(zhì)過氧化反應(yīng)有關(guān)。線粒體是肝臟脂肪酸β氧化、ATP形成、及ROS形成的主要部位,故是氧應(yīng)激和ROS產(chǎn)生的最大來源,過多的ROS便可由氧應(yīng)激而損傷線粒體或?qū)е卵跻绯鼍�粒體外。

　　在病理?xiàng)l件下,ROS產(chǎn)生過多或抗氧化系統(tǒng)活性下降,可引發(fā)脂質(zhì)過氧化反應(yīng)損傷細(xì)胞膜使細(xì)胞受損。脂質(zhì)過氧化為氧應(yīng)激增強(qiáng)后發(fā)生的ROS氧化生物膜的過程,即ROS與生物膜的磷脂、酶和膜受體相關(guān)的多不飽和脂肪酸的側(cè)鏈及核酸等大分子物質(zhì)起脂質(zhì)過氧化反應(yīng)形成脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物(lipid peroxide, LPO)如丙二醛 (malonaldehyde, MDA)和壬烯 (4-hydroxynonenal,HNE),從而使細(xì)胞膜的流動(dòng)性和通透性發(fā)生改變,最終導(dǎo)致細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的改變。

　　二、脂肪肝與氧應(yīng)激

　　早期的脂肪變性的肝臟往往表現(xiàn)為線粒體超結(jié)構(gòu)損害, 呼吸鏈活性下降、合成ATP功能障礙。 乙醇、藥物、飲食含大量多不飽和脂肪酸、細(xì)胞內(nèi)游離脂肪酸增多、肝細(xì)胞CYP2E1表達(dá)增多、肝內(nèi)游離鐵增多及胰島素抵抗等均是ROS的產(chǎn)生來源。Yan和Nardo等發(fā)現(xiàn)脂肪肝大鼠線粒體超氧陰離子明顯增多,H₂O₂較對(duì)照組升高200％。ROS不僅是促進(jìn)脂肪肝進(jìn)展的一個(gè)扳機(jī),而且是脂肪肝持續(xù)病變的原因。ROS可通過傳遞電子直接氧化細(xì)胞大分子物質(zhì),造成脂質(zhì)、蛋白質(zhì)、碳水化合物及核酸等氧化或再氧化損害,破壞細(xì)胞功能及完整性。ROS可增加TNFα產(chǎn)物并氧化沉積于肝臟的脂肪。TNFα和脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物可使呼吸鏈的電子流傳遞障礙、引起呼吸鏈成分過渡減少、線粒體ROS形成增多及脂質(zhì)過氧化增強(qiáng)。酒精、藥物或其他因素可直接增加ROS形成或首先損害呼吸鏈引起繼發(fā)性ROS增加形成,而ROS又能誘導(dǎo)抗氧化劑的耗竭從而影響ROS的失活,形成惡性循環(huán)。脂肪性肝炎患者ROS水平越高,脂質(zhì)過氧化水平、細(xì)胞因子形成、及纖維化程度也越高。

　　胰島素抵抗能促進(jìn)肝臟游離脂肪酸的沉積,也可刺激微粒體過氧化酶或直接降低線粒體b氧化而促進(jìn)氧應(yīng)激。脂肪肝動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí)CYP2E1抑制劑能減輕肝損害和脂質(zhì)過氧化的程度,因此,CYP2E1在脂肪肝的發(fā)病機(jī)制中的作用顯得尤為重要。它能被肝內(nèi)脂肪酸和酮體誘導(dǎo)生成,并能作用于體內(nèi)代謝產(chǎn)物和食物中的亞硝氨使之產(chǎn)生自由基。CYP2E1在生理狀體時(shí)受胰島素抑制,而脂肪肝患者卻無一例外地升高。脂肪性肝炎的動(dòng)物模型發(fā)現(xiàn),CYP2E1是微粒體脂質(zhì)過氧化反應(yīng)的催化劑,而CYP2E1基因敲除的小鼠中發(fā)現(xiàn)CYP4A被誘導(dǎo)出并發(fā)揮微粒體脂質(zhì)過氧化酶的功。編碼肝內(nèi)過氧化物酶體、微粒體及線粒體脂肪酸代謝酶的基因受過氧化體活化增生物受體(perioxisome proliferator-activated receptor alpha, PPARα)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄,過氧化體β氧化酶不足是該病的關(guān)鍵。PPARα和或過氧化物酶體脂肪乙酰輔酶A氧化酶(peroxisomal fatty acyl-CoA oxidase, AOX )單獨(dú)或同時(shí)缺乏的小鼠在進(jìn)食狀態(tài)脂肪變性程度最輕,而饑餓狀態(tài)卻呈現(xiàn)嚴(yán)重的脂肪變性,說明PPARα誘導(dǎo)的脂肪酸氧化在能量相關(guān)的應(yīng)激狀態(tài)下決定了脂肪肝的嚴(yán)重程度。

　　三、脂肪肝與脂質(zhì)過氧化

　　持久大量的ROS產(chǎn)生經(jīng)脂質(zhì)過氧化這一生化和結(jié)構(gòu)破壞性反應(yīng)的打擊,形成LPO ,導(dǎo)致脂肪肝發(fā)生炎癥、壞死和纖維化。人和動(dòng)物模型均表明脂質(zhì)過氧化的程度與脂肪肝的嚴(yán)重程度密切相關(guān),脂質(zhì)過氧化的增強(qiáng)可產(chǎn)生更多的反應(yīng)性和細(xì)胞毒性介質(zhì)并誘導(dǎo)肝臟發(fā)生炎癥和纖維化,可能與NF-KB的激活及免疫機(jī)制有關(guān)。MacDonald等在脂肪肝患者肝活檢中發(fā)現(xiàn)脂質(zhì)過氧化好發(fā)于富含脂質(zhì)的肝細(xì)胞或鄰近的細(xì)胞內(nèi),尤以3區(qū)帶為甚,可能與缺氧有關(guān)。關(guān)于脂質(zhì)過氧化的詳細(xì)的促成機(jī)制尚未完全明確,除原先存在的氧應(yīng)激增加的有關(guān)因素繼續(xù)作用外,其他因素也可增加脂質(zhì)過氧化對(duì)肝臟進(jìn)行二次打擊,如LPS、鐵、許多伴有ROS代謝物的藥物、缺血再灌注、TNF-α增多、CYP2E1表達(dá)增高并伴有PPAR-α表達(dá)增多、胰島素抵抗持續(xù)存在、活化的炎癥細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞參與釋放ROS等。Grattagliano等研究發(fā)現(xiàn)饑餓狀態(tài)能耗竭抗氧化劑,從而增強(qiáng)脂質(zhì)過氧化。LPO不僅使內(nèi)源性ROS增加、毒性增強(qiáng),且可抑制抗氧化削弱細(xì)胞防御機(jī)制,脂質(zhì)過氧化可直接損害細(xì)胞膜并致細(xì)胞死亡。丙二醛(MDA)和壬烯(HNE)是兩個(gè)強(qiáng)毒力的脂質(zhì)過氧化終產(chǎn)物,常常是作為判斷脂質(zhì)過氧化的指標(biāo)。它們可促進(jìn)Cuppfer 細(xì)胞與肝細(xì)胞釋放細(xì)胞因子,并共同進(jìn)一步介導(dǎo)肝細(xì)胞死亡、Mallory小體形成、肝星狀細(xì)胞活化和肝纖維化形成。HNE具有使中性粒細(xì)胞趨化和浸潤的作用;MDA亦可激活NF-κB,NF-kB通過調(diào)節(jié)多種前炎癥細(xì)胞因子如TNF-a、IL-8、ICAM-1和E-selectin等引起炎癥反應(yīng);它們與蛋白形成加合物后還可防礙甘油三酯的運(yùn)轉(zhuǎn)。但是,LPO形成并不是初始反應(yīng),是在氧應(yīng)激耗竭肝細(xì)胞抗氧化防御系統(tǒng)后方可形成。

　　四、二次打擊學(xué)說

　　任何原因引起的肝脂肪變性均有共同的組織學(xué)特征,并可能形成肝細(xì)胞炎癥壞死、纖維化和肝硬化,但為何某些脂肪肝患者卻不會(huì)向脂肪性肝炎發(fā)展?因此,Berson等通過大量實(shí)驗(yàn)研究并提出“二次打擊學(xué)說”,為各種原因引起的脂肪性肝炎的發(fā)病機(jī)制提供了基礎(chǔ)理論。第一次打擊即各種原因引起脂肪肝,第二次打擊即氧應(yīng)激及脂質(zhì)過氧化。第二次打擊是脂肪肝發(fā)展為炎癥、纖維化所必需的條件這一說法已得到大多數(shù)學(xué)者的公認(rèn)。前以述及,氧應(yīng)激和脂質(zhì)過氧化是酒精性脂肪肝和非酒精性脂肪肝的共同的發(fā)病機(jī)制,但即使兩者的脂肪變性程度完全相同,其預(yù)后卻并不相同。酒精性脂肪肝發(fā)生肝細(xì)胞壞死、炎癥和纖維化的幾率更高,而肥胖相關(guān)性脂肪肝發(fā)生脂肪性肝炎則很低,可能與嗜酒者每天攝入大量酒精引起嚴(yán)重而持久的氧應(yīng)激、脂質(zhì)過氧化以及持續(xù)性內(nèi)毒素血癥有關(guān)。

　

　五、小結(jié)

　　綜上所述,氧應(yīng)激和脂質(zhì)過氧化這一雙重打擊在脂肪肝致病過程中是關(guān)鍵,肝細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)過氧化的機(jī)制以及胞內(nèi)對(duì)抗氧應(yīng)激的防御機(jī)制有待于我們?cè)诮窈笞鬟M(jìn)一步探索和研究,同時(shí)也為臨床醫(yī)生在預(yù)防和治療脂肪肝這一領(lǐng)域提供了新的靶點(diǎn)和方向,阻斷氧應(yīng)激及脂質(zhì)過氧化如過氧化物體b氧化抑制劑、CYP2E1和TNFa拮抗劑及抗氧化劑的應(yīng)用在該領(lǐng)域可能會(huì)有很大的潛力。